[發明專利]一種沖擊地壓的預測方法

有效

• 申請號: 201310040211.3
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103104294A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 李青鋒;朱川曲;李樹清
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術領域

本發明涉及一種礦山沖擊地壓或巖爆的預測方法。

背景技術

沖擊地壓又稱巖爆，是指井巷或工作面周圍巖體，由于彈性變形能的瞬時釋放而突然產生劇烈破壞的動力現象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現象。它具有很大的破壞性，是煤礦重大災害之一。沖擊地壓發生之前都有預兆，主要表現為：周期來壓顯現劇烈，切眼煤墻片幫，上下端頭冒頂，頂板下沉速度增大；打卸壓炮、卸壓孔時存在卡鉆和吸鉆現象。

一般情況下，沖擊地壓發生在采掘工作面的應力集中區。它的峰值越大，峰值位置距離煤壁越近，發生沖擊地壓的危險性越大。沖擊地壓發生前煤巖變形停滯，頂底板移動速度變緩，煤由工作面壓出也變緩。受到壓縮的煤層和發生變形的頂、底板以彈性變形的方式承受高壓，并積存大量變形能。通過監測變形能變化引起的聲發射和微震活動，就可能推斷沖擊危險程度。積存能量多，沖擊危險性就大。如果是多次釋放，則釋放的規模小。如果是一次集中釋放，則沖擊強烈。

沖擊地壓的預測方法，除了以往的經驗類比法外，大致可以分為兩類。一類是以鉆屑法為主的局部探測法，包括煤巖體變形觀測法、煤巖體應力測量法、流動地音檢測法、巖餅法等。這類方法主要用于探測采掘局部區段的沖擊危險程度，并且簡單易行、直觀可靠，已經得到廣泛應用。但這類方法的缺點是預測工作在時間、空間上不連續，費工費時。

第二類是系統監測方法，包括地音系統監測法和微震系統監測法，以及其他地球物理方法，如：電磁輻射、地溫、地磁等。該類方法根據連續記錄煤巖體內出現的動力現象預測沖擊地壓危險狀態。所依據的基本條件是巖體結構的危險破壞過程，是以超前出現的一系列物理現象為信息。這類方法可以實現在空間和時間上的連續監測。但采用此方法維護管理較困難，分析數據和判定煤巖體的力學狀態難度較大，需要經過長期試驗，積累大量經驗數據才可準確預測。

因此，開發一種沖擊地壓鉆桿動參數預測方法，在鉆孔時采用拾振裝置將這些振動現象記錄下來，便可根據些振動現象的特征值判斷是否有沖擊危險性。或者將拾振裝置采集到的信號作為鉆屑法監測沖擊礦壓的主要指標從而提高鉆屑法預測精度，對于提高煤礦安全預警度意義明顯。

發明內容

?為了解決上述技術問題，本發明提供一種準確度高的沖擊地壓的預測方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案包括以下步驟：

1）連接檢測裝置：將三維拾振連接套的一端固接在鉆桿上，確認三維拾振連接套與信號收發機間的信號收發送正常后，再將三維拾振連接套的另一端與煤電鉆套接，開啟煤電鉆試運轉；

所述三維拾振連接套由三維加速度傳感器和三維加速度傳感器兩端的連接裝置Ⅰ和連接裝置Ⅱ固定連接組成，所述三維加速度傳感器的外殼上固接有無線射頻收發芯片；信號收發機的外殼上固接有無線射頻收發芯片，所述的連接裝置Ⅰ與煤電鉆套接，連接裝置Ⅱ與鉆桿固接。

2）預鉆孔：在非高應力集中區預鉆孔1m并收集煤粉量，記錄鉆孔1m所需的時間，將該時間除以15取整得到頻譜曲線輸出間隔時間T；鉆孔時三維加速度傳感器同步采集鉆進時鉆桿的三維振動情況，三維加速度傳感器外殼上固定的無線射頻收發芯片Ⅰ將三維加速度傳感器采集到的三向加速度信號傳輸到帶有無線射頻收發芯片Ⅱ的信號收發機上存儲，存儲在信號收發機上的數字信號經信號收發機上的頻譜模塊頻譜變換后得到數字信號的主振頻率并形成振動頻譜曲線。?

3）鉆孔與信號采集：啟動鉆機鉆孔，鉆孔時三維加速度傳感器同步采集鉆進時鉆桿的三維振動，將三向加速度信號通過無線射頻收發芯片Ⅰ傳輸到信號收發機上存儲，每間隔時間T輸出一個頻譜曲線，記錄每個頻譜曲線的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線；每鉆孔1m后停止鉆進，并收集煤粉量。

4）沖擊地壓的預測：對于沒有沖擊地壓的正常鉆進，鉆桿的縱向振動和橫向振動相當于兩端簡支的梁振動力學模型，而當卡鉆時，相當于在梁中某點增加一個中間支座限制該點的徑向位移，則卡鉆時的橫向振動頻率會明顯增加，即在“橫向振動頻率-鉆孔深度”曲線表現出畸變；而當發生鉆孔沖擊時，鉆桿縱向振動的端部條件發生改變，則鉆孔沖擊時的縱向振動頻率也會明顯增加，即在“縱向振動頻率-鉆孔深度”曲線同樣表現出畸變；

因此，根據步驟3）中主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線的畸變點個數可預測煤層的沖擊地壓傾向性，再結合鉆屑量和步驟2）預鉆孔時所得到的振動頻譜曲線綜合預測沖擊地壓。